特開 2024-122053 物理量計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024122053

(43)【公開日】2024-09-09

(54)【発明の名称】物理量計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01C 19/5776 20120101AFI20240902BHJP

   G01C 19/5783 20120101ALI20240902BHJP

【ＦＩ】

G01C19/5776

G01C19/5783

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023029369

(22)【出願日】2023-02-28

(71)【出願人】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091292

【弁理士】

【氏名又は名称】増田 達哉

(74)【代理人】

【識別番号】100173428

【弁理士】

【氏名又は名称】藤谷 泰之

(74)【代理人】

【識別番号】100091627

【弁理士】

【氏名又は名称】朝比 一夫

(72)【発明者】

【氏名】宇田川 裕文

【テーマコード（参考）】

2F105

【Ｆターム（参考）】

2F105BB01

2F105BB09

2F105BB17

2F105CC01

2F105CD02

2F105CD06

(57)【要約】

【課題】優れた検出精度を有する物理量計測装置を提供すること。
【解決手段】物理量計測装置は、ケースと、前記ケースに収容され、物理量を計測する物理量センサーと、前記ケースに収容されている温度センサーと、前記ケースに収容されている温度制御素子と、前記ケースに収容され、前記温度センサーの検出結果に基づいて前記温度制御素子の駆動を制御する制御回路と、前記ケースに配置され、前記物理量センサーと電気的に接続されている外部接続端子と、を有する。また、前記ケースに収容され、前記物理量センサー、前記温度センサー、前記温度制御素子および前記制御回路が搭載されている基板を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケースと、
前記ケースに収容され、物理量を計測する物理量センサーと、
前記ケースに収容されている温度センサーと、
前記ケースに収容されている温度制御素子と、
前記ケースに収容され、前記温度センサーの検出結果に基づいて前記温度制御素子の駆動を制御する制御回路と、
前記ケースに配置され、前記物理量センサーと電気的に接続されている外部接続端子と、を有することを特徴とする物理量計測装置。

【請求項2】

前記ケースに収容され、前記物理量センサー、前記温度センサー、前記温度制御素子および前記制御回路が搭載されている基板を有する請求項１に記載の物理量計測装置。

【請求項3】

前記外部接続端子は、前記ケースを貫通し前記ケース外に臨む導電性のピンを有する請求項２に記載の物理量計測装置。

【請求項4】

前記基板は、前記ピンによってケースに支持されている請求項３に記載の物理量計測装置。

【請求項5】

前記ピンと前記ケースとの間に圧縮した状態で配置されている絶縁性の第１弾性部材を有する請求項３に記載の物理量計測装置。

【請求項6】

前記ピンは、前記基板に挿通されている請求項３に記載の物理量計測装置。

【請求項7】

前記ピンと前記基板との間に圧縮した状態で配置されている導電性の第２弾性部材を有し、前記第２弾性部材を介して前記ピンと前記基板とが電気的に接続されている請求項６に記載の物理量計測装置。

【請求項8】

前記ケースと前記基板との間に圧縮した状態で配置されている導電性の第３弾性部材を有し、前記第３弾性部材を介して前記基板と前記外部接続端子とが電気的に接続されている請求項２に記載の物理量計測装置。

【請求項9】

前記第３弾性部材は、枠状である請求項８に記載の物理量計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、物理量計測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載されたセンサーモジュールは、基板と、基板に実装されたＸ軸角速度センサーデバイス、Ｙ軸角速度センサーデバイス、Ｚ軸角速度センサーデバイス、加速度センサーデバイス、温度センサー、マイクロコントローラーおよびコネクタ部と、を有する。このようなセンサーモジュールでは、温度センサーが計測する温度に基づいて、各センサーデバイスの検出結果を温度補正している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１６３９５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１のセンサーモジュールは、所定の温度において急激に変化する温度特性を有するセンサーデバイスを備えていることが考えられ、このような場合、センサーモジュールの検出精度が劣化するおそれがある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の物理量計測装置は、ケースと、
前記ケースに収容され、物理量を計測する物理量センサーと、
前記ケースに収容されている温度センサーと、
前記ケースに収容されている温度制御素子と、
前記ケースに収容され、前記温度センサーの検出結果に基づいて前記温度制御素子の駆動を制御する制御回路と、
前記ケースに配置され、前記物理量センサーと電気的に接続されている外部接続端子と、を有する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１実施形態に係る物理量計測装置の部分断面上面図である。

【図2】図１中のＤ－Ｄ線断面図である。

【図3】ベースの上面図である。

【図4】角速度センサーの断面図である。

【図5】角速度検出素子の平面図である。

【図6】角速度検出素子の駆動振動モードを示す模式図である。

【図7】角速度検出素子の検出振動モードを示す模式図である。

【図8】角速度センサーの温度特性の一例を示すグラフである。

【図9】物理量計測装置の変形例を示す断面図である。

【図10】物理量計測装置の変形例を示す断面図である。

【図11】物理量計測装置の製造方法を説明するための断面図である。

【図12】物理量計測装置の製造方法を説明するための断面図である。

【図13】物理量計測装置の製造方法を説明するための断面図である。

【図14】物理量計測装置の製造方法を説明するための断面図である。

【図15】物理量計測装置の製造方法を説明するための断面図である。

【図16】物理量計測装置の信号送受の構成例を示すブロック図である。

【図17】デジタルインターフェースバスでの信号波形例を示す図である。

【図18】第２実施形態に係る物理量計測装置の断面図である。

【図19】物理量計測装置の部分断面上面図である。

【図20】第３実施形態に係る物理量計測装置の断面図である。

【図21】第４実施形態に係る物理量計測装置の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、本発明の物理量計測装置を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

【0008】

なお、説明の便宜上、図１ないし図３、図９ないし図１５、図１８ないし図２１には互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸として図示している。また、以下では、Ｘ軸に沿う方向を「Ｘ軸方向」とも言い、Ｙ軸に沿う方向を「Ｙ軸方向」とも言い、Ｚ軸に沿う方向を「Ｚ軸方向」とも言う。また、Ｚ軸が鉛直方向に沿っており、Ｚ軸の矢印側を「上」、反対側を「下」とも言う。

【0009】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る物理量計測装置の部分断面上面図である。図２は、図１中のＤ－Ｄ線断面図である。図３は、ベースの上面図である。図４は、角速度センサーの断面図である。図５は、角速度検出素子の平面図である。図６は、角速度検出素子の駆動振動モードを示す模式図である。図７は、角速度検出素子の検出振動モードを示す模式図である。図８は、角速度センサーの温度特性の一例を示すグラフである。図９および図１０は、それぞれ、物理量計測装置の変形例を示す断面図である。図１１ないし図１５は、それぞれ、物理量計測装置の製造方法を説明するための断面図である。図１６は、物理量計測装置の信号送受の構成例を示すブロック図である。図１７は、デジタルインターフェースバスでの信号波形例を示す図である。

【0010】

図１に示すように、物理量計測装置１は、基板２と、基板２に実装された物理量センサー３、温度センサー４、温度制御素子５および制御回路６と、基板２を収容するケース７と、ケース７外に露出する外部接続端子８と、を有する。また、物理量センサー３は、軸まわりの角速度ωｘを検出するＸ軸角速度センサー３ｘと、Ｙ軸まわりの角速度ωｙを検出するＹ軸角速度センサー３ｙと、Ｚ軸まわりの角速度ωｚを検出するＺ軸角速度センサー３ｚと、を有する。以下、これら各部について順に説明する。

【0011】

［ケース７］
図１および図２に示すように、ケース７は、板状のベース７１と、ベース７１に被せられた凹状のリッド７２と、を有する。リッド７２は、ネジＢによってベース７１にネジ止めされている。また、ベース７１とリッド７２との間にシールリング７３が配置されており、これにより、ケース７の内部に気密な収容空間Ｓが形成されている。そして、この収容空間Ｓに物理量センサー３、温度センサー４、温度制御素子５および制御回路６が実装された基板２が収容されている。

【0012】

また、ベース７１およびリッド７２は、それぞれ、各種金属材料（各種合金材料を含む）で構成されている。そのため、高い機械的強度を有するケース７となる。また、ケース７をグランドに接続することにより、外乱を遮断するシールドとして機能させることもできる。ただし、ベース７１およびリッド７２の構成材料は、特に限定されず、例えば、各種樹脂材料、各種セラミック材料、各種ガラス材料で構成されていてもよい。また、両者の材料が互いに異なっていてもよい。

【0013】

また、図３に示すように、ベース７１は、上面および下面を貫通する６つの貫通孔７１１を有する。また、図２に示すように、各貫通孔７１１には絶縁性の第１弾性部材９１が配置されている。第１弾性部材９１は、ベース７１と後述するピン８１とを絶縁する。各第１弾性部材９１は、貫通孔７１１よりも外径が大きい筒部９１１と、筒部９１１の上端部から周方向に突出するフランジ９１２と、を有する。そして、フランジ９１２がベース７１の上面に当接するまで筒部９１１が貫通孔７１１に圧入されている。筒部９１１を貫通孔７１１に圧入することにより、第１弾性部材９１をベース７１に容易に固定することができる。また、フランジ９１２がストッパーとして機能し、貫通孔７１１への挿入深さを簡単にコントロールすることができる。そのため、物理量計測装置１の製造が容易となる。このような第１弾性部材９１は、例えば、各種ゴム材料、各種エラストマー等で形成することができる。特に、本実施形態の第１弾性部材９１は、シリコーンゴムで形成されている。

【0014】

［基板２］
図１に示すように、基板２は、平面視形状が略正方形である。基板２は、例えば、セラミック基板であり、アルミナ、チタニア等の各種セラミック材料で構成されている。これにより、高い耐食性と優れた機械的強度とを有する基板２となる。また、吸湿し難く耐熱性にも優れるため、物理量計測装置１の製造時に加わる熱によるダメージを受け難い。なお、基板２は、所定の配線パターンが形成された複数のセラミックシート（グリーンシート）を積層し、この積層体を焼結することにより製造される。ただし、基板２は、特に限定されない。

【0015】

そして、基板２の上面にＺ軸角速度センサー３ｚ、温度センサー４および温度制御素子５が実装され、下面に制御回路６が実装され、側面にＸ軸角速度センサー３ｘおよびＹ軸角速度センサー３ｙが実装されている。なお、基板２には、図示しない配線パターンが形成されており、この配線パターンを介して制御回路６が温度センサー４および温度制御素子５に電気的に接続され、物理量センサー３が後述するピン８１と電気的に接続される。ただし、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚ、温度センサー４、温度制御素子５および制御回路６の基板２上での配置は、特に限定されない。

【0016】

このような基板２を有することにより、物理量センサー３、温度センサー４、温度制御素子５および制御回路６をまとめてケース７内に収容することができる。そのため、物理量計測装置１の製造が容易となる。

【0017】

また、図１に示すように、基板２には、上面と下面とを貫通する６つの貫通孔２１が形成されている。Ｚ軸方向からの平面視で、６つの貫通孔２１は、ベース７１に形成された６つの貫通孔７１１と重なっている。また、図２に示すように、各貫通孔２１には、導電性の第２弾性部材９２が圧入されている。

【0018】

各第２弾性部材９２は、貫通孔２１よりも若干外径が大きい筒部９２１と、筒部９２１の下端部から周方向に突出するフランジ９２２と、を有する。そして、フランジ９２２が基板２の下面に当接するまで筒部９２１が貫通孔２１に圧入されている。このように、筒部９２１を貫通孔２１に圧入することにより、第２弾性部材９２を基板２に容易に固定することができる。また、フランジ９２２がストッパーとして機能し、貫通孔２１への挿入深さを簡単にコントロールすることができる。そのため、物理量計測装置１の製造が容易となる。なお、貫通孔２１に圧入された状態では、第２弾性部材９２は、前記図示しない配線パターンと接触している。

【0019】

このような第２弾性部材９２は、例えば、金属フィラー、ＣＢ（カーボンブラック）等の導電性粒子を含有した各種ゴム材料、各種エラストマー等で形成することができる。特に、本実施形態の第２弾性部材９２は、導電性のシリコーンゴムで形成されている。

【0020】

［物理量センサー３］
前述したように、物理量センサー３は、Ｘ軸まわりの角速度ωｘを検出するＸ軸角速度センサー３ｘと、Ｙ軸まわりの角速度ωｙを検出するＹ軸角速度センサー３ｙと、Ｚ軸まわりの角速度ωｚを検出するＺ軸角速度センサー３ｚと、を有する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚは、実装向きが異なること以外は、互いに同様の構成である。そのため、以下では、これらを総称して角速度センサー３０として、その構成を説明する。また、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３軸をＡ軸、Ｂ軸およびＣ軸とする。

【0021】

図４に示すように、角速度センサー３０は、パッケージ３１と、パッケージ３１に収容された回路素子３２、支持基板３３および角速度検出素子３４を有する。パッケージ３１は、凹状のベース３１１と、ベース３１１の開口を塞ぐリッド３１２と、を有する。支持基板３３は、ＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）実装用の基板であり、ベース３１１に固定された枠状の基板３３１と、基板３３１に配置された６本のリード３３２と、を有する。そして、これら６本のリード３３２の先端部に角速度検出素子３４が支持されている。

【0022】

角速度検出素子３４は、水晶基板から形成された水晶振動素子である。図５に示すように、角速度検出素子３４は、中央部に位置する基部３４０と、基部３４０からＢ軸方向両側に延出する一対の検出振動腕３４１、３４２と、基部３４０からＡ軸方向両側へ延出する一対の支持腕３４３、３４４と、一方の支持腕３４３の先端部からＢ軸方向両側に延出する一対の駆動振動腕３４５、３４６と、他方の支持腕３４４の先端部からＢ軸方向両側に延出する一対の駆動振動腕３４７、３４８と、を有する。このような角速度検出素子３４は、基部３４０においてリード３３２に支持されている。

【0023】

また、角速度検出素子３４は、電極として、検出振動腕３４１の両主面に配置された第１検出信号電極Ｅ１と、検出振動腕３４１の両側面に配置された第１検出接地電極Ｅ２と、検出振動腕３４２の両主面に配置された第２検出信号電極Ｅ３と、検出振動腕３４２の両側面に配置された第２検出接地電極Ｅ４と、駆動振動腕３４５、３４６の両主面および駆動振動腕３４７、３４８の両側面に配置された駆動信号電極Ｅ５と、駆動振動腕３４５、３４６の両側面および駆動振動腕３４７、３４８の両主面に配置された駆動接地電極Ｅ６と、を有する。

【0024】

このような角速度検出素子３４は、次のようにしてＣ軸まわりの角速度ωｃを検出する。駆動信号電極Ｅ５と駆動接地電極Ｅ６との間に駆動信号を印加すると、図６に示すように、駆動振動腕３４５、３４６と駆動振動腕３４７、３４８とがＡ－Ｂ平面に沿って逆相で屈曲振動する（以下、この状態を「駆動振動モード」とも言う）。この状態では、駆動振動腕３４５、３４６、３４７、３４８の振動がキャンセルされ、検出振動腕３４１、３４２は、実質的に振動しない。駆動振動モードで駆動している状態で角速度検出素子３４に角速度ωｃが加わると、図７に示すように、駆動振動腕３４５、３４６、３４７、３４８にコリオリの力が働いてＢ軸方向の屈曲振動が励振され、この屈曲振動に呼応するように検出振動腕３４１、３４２がＡ軸方向に屈曲振動する（以下、この状態を「検出振動モード」とも言う）。

【0025】

このような検出振動モードによって検出振動腕３４１に発生した電荷を第１検出信号電極Ｅ１から第１出力信号として取り出し、検出振動腕３４２に発生した電荷を第２検出信号電極Ｅ３から第２出力信号として取り出し、これら第１、第２出力信号に基づいて角速度ωｃが求められる。

【0026】

以上のような角速度センサー３０のＣ軸つまり検出軸をＸ軸に沿って実装したものがＸ軸角速度センサー３ｘであり、Ｙ軸に沿って実装したものがＹ軸角速度センサー３ｙであり、Ｚ軸に沿って実装したものがＺ軸角速度センサー３ｚである。なお、本実施形態では、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚの駆動周波数が互いに異なっている。これにより、漏れ振動が他の角速度センサーに干渉し難くなり、角速度ωｘ、ωｙ、ωｚの検出精度が向上する。

【0027】

図４に示すように、回路素子３２は、ベース３１１の内底面に固定されている。回路素子３２は、主に、駆動信号を印加してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚを駆動し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚからの第１、第２出力信号に基づいて角速度ωｘ、ωｙ、ωｚの検出処理を行う検出回路３２１と、検出回路３２１で検出した角速度データを出力するインターフェース回路３２２と、を有する。

【0028】

以上、物理量センサー３について説明したが、物理量センサー３としては、少なくとも１つの物理量を検出することができれば、特に限定されない。例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚから１つまたは２つを省略してもよい。また、検出する物理量は、角速度でなくてもよく、例えば、加速度であってもよい。この場合、Ｘ軸方向の加速度を検出するＸ軸加速度センサー、Ｙ軸方向の加速度を検出するＹ軸加速度センサーおよびＺ軸方向の加速度を検出するＺ軸加速度センサーの少なくとも１つを備えた構成とすることができる。また、物理量センサー３は、角速度センサーと加速度センサーとを含む複合センサーであってもよい。

【0029】

［温度センサー４］
図１に示すように、温度センサー４は、基板２の上面に実装され、ケース７の収容空間Ｓの温度を測定する。

【0030】

［温度制御素子５］
図１に示すように、温度制御素子５は、基板２の上面に実装されている。温度制御素子５は、トランジスター等の発熱素子である。前述したように、収容空間Ｓが気密空間であるため、温度制御素子５による加熱効率を高めることができる。そのため、物理量計測装置１の消費電力の低減を図ることができる。

【0031】

［制御回路６］
図１に示すように、制御回路６は、基板２の下面に実装されている。制御回路６は、温度センサー４の検出結果つまり温度センサー４が測定した温度に基づいて、収容空間Ｓの温度が所定の温度となるように温度制御素子５の駆動を制御する。これにより、ゼロ点出力の変動が抑制され、角速度の検出特性が向上する。特に、前述したように、収容空間Ｓが気密空間であるため、温度制御素子５によって収容空間Ｓを効率的に温めることができる。そのため、消費電力を削減することもできる。

【0032】

ここで、図８に、駆動振動モードで駆動する角速度センサー３０の温度特性（温度とゼロ点出力との関係）の一例を示す。この例では、約４０℃においてゼロ点出力が急激に変化する。そこで、４０℃周辺を避け、ゼロ点出力が比較的の安定している温度範囲ｔｗ（６０℃～８０℃）内に収容空間Ｓの温度が収まるように、例えば、温度センサー４の検出温度が７０℃となるように温度制御素子５の駆動を制御する。これにより、ゼロ点出力が安定し、角速度ωｘ、ωｙ、ωｚの検出特性が向上する。

【0033】

なお、設定温度を温度範囲ｔｗより高くすると、大容量で高価な温度制御素子５が必要となり、消費電力の増大と共に物理量計測装置１のコストが増大するおそれがある。一方で、設定温度を温度範囲ｔｗより低くすると、加熱機能と共に冷却機能を有する高価な温度制御素子５を使用する必要があり、物理量計測装置１のコストが増大するおそれがある。

【0034】

［外部接続端子８］
図１および図２に示すように、外部接続端子８は、ベース７１を貫通して配置された円柱状の６つのピン８１を有する。ただし、ピン８１の形状は、特に限定されない。このように、ベース７１を貫通するピン８１を有することにより、簡単な構成で外部接続端子８をケース７の内外に臨ませることができる。また、各ピン８１は、ベース７１と基板２との間に位置し、これらを連結している。つまり、基板２は、６つのピン８１を介してベース７１に支持されている。このように、ピン８１自身が基板２を支持することにより、部品点数の削減を図ることができ、物理量計測装置１の構成が簡単なものとなる。

【0035】

図２に示すように、各ピン８１は、基部８１１と、基部８１１の上端および下端から突出し、基部８１１よりも外径が小さい上端部８１２および下端部８１３と、を有する。これら６つのピン８１は、ベース７１に形成された貫通孔７１１および基板２に形成された貫通孔２１に対応して配置されている。そして、各ピン８１の上端部８１２が対応する貫通孔２１に圧入され、各ピン８１の下端部８１３が対応する貫通孔７１１に圧入されている。

【0036】

具体的には、上端部８１２は、貫通孔２１に配置された第２弾性部材９２の筒部９２１の内径よりも大きい外径を有する。そして、上端部８１２は、基部８１１がフランジ９２２を介して基板２の下面に当接するまで筒部９２１に圧入されている。同様に、下端部８１３は、貫通孔７１１に配置された第１弾性部材９１の筒部９１１の内径よりも大きい外径を有する。そして、下端部８１３は、基部８１１がフランジ９１２を介してベース７１の上面に当接するまで筒部９１１に圧入されている。これにより、簡単な構成で、基板２を支持することができる。図示しないが、各ピン８１は、第２弾性部材９２を介して基板２上の図示しない配線パターンと電気的に接続される。このように、ピン８１を基板２に挿通することにより、簡単な構成で、基板２とピン８１とを電気的に接続することができる。

【0037】

また、基部８１１は、基板２の下面に実装された制御回路６の厚さよりも長く、基板２とベース７１との間に制御回路６を配置するためのギャップＧを形成するスペーサーとして機能する。これにより、制御回路６とベース７１との接触を効果的に抑制することができる。

【0038】

また、各ピン８１は、その下面においてケース７の外部に露出しており、当該部分において上位機器、特に、後述するマイクロコントローラー１００と電気的に接続される。なお、図示の構成では、各ピン８１の下面は、第１弾性部材９１の下面とともにベース７１の下面と面一になっている。これにより、物理量計測装置１の低背化を図ることができる。ただし、物理量計測装置１の構成は、特に限定されず、例えば、図９に示すように、各ピン８１がベース７１の下面から突出していてもよいし、図１０に示すように、第１弾性部材９１がベース７１の下面から突出していてもよい。

【0039】

［リッド７２］
ここで、リッド７２の説明に戻る。図１および図２に示すように、リッド７２は、基板２を下方つまりベース７１側へ押圧する押圧部７２１を有する。リッド７２をベース７１にネジ止めすると、押圧部７２１が基板２の上面に押し当てられ、これにより、基板２が下方に付勢される。そのため、第１弾性部材９１のフランジ９１２がピン８１とベース７１との間で圧縮されると共に、第２弾性部材９２のフランジ９２２がピン８１と基板２との間で圧縮され、基板２がベース７１に対して強固に保持される。このように、ピン８１とベース７１との間で第１弾性部材９１を圧縮させることにより、これらの隙間をより確実に封止することができる。そのため、収容空間Ｓの気密性が高まり、温度制御素子５による加熱効率が高まる。また、ピン８１と基板２との間で第２弾性部材９２を圧縮させることにより、これらをより確実に電気的に接続することができる。

【0040】

以上、物理量計測装置１について説明した。次に、物理量計測装置１の製造方法について簡単に説明する。まず、図１１に示すように、ベース７１の貫通孔７１１に第１弾性部材９１を圧入すると共に、基板２の貫通孔２１に第２弾性部材９２を圧入する。次に、図１２に示すように、ピン８１の下端部８１３を第１弾性部材９１の筒部９１１に圧入すると共に、ピン８１の上端部８１２を第２弾性部材９２の筒部９２１に圧入する。次に、図１３に示すように、基板２を覆うようにリッド７２を被せる。次に、図１４に示すように、ネジＢを用いてリッド７２をベース７１にネジ止めする。以上により、図１５に示すように、物理量計測装置１が完成する。

【0041】

以上のような物理量計測装置１は、図１６に示すように、デジタルインターフェースバスＢＳを介してマイクロコントローラー１００と接続される。マイクロコントローラー１００は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚに対してマスターとなるコントローラーである。このようなマイクロコントローラー１００は、集積回路装置であり、例えば、ＭＰＵ、ＣＰＵなどのプロセッサーにより実現することができる。また、マイクロコントローラー１００をゲートアレイなどの自動配置配線によるＡＳＩＣにより実現することもできる。

【0042】

マイクロコントローラー１００には、デジタルインターフェースバスＢＳを介してＸ軸角速度センサー３ｘからのＸ軸角速度データ、Ｙ軸角速度センサー３ｙからのＹ軸角速度データおよびＺ軸角速度センサー３ｚからのＺ軸角速度データがそれぞれ入力される。なお、デジタルインターフェースバスＢＳは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚの通信規格に準拠したバスである。このようなデジタルインターフェースバスＢＳは、チップセレクト信号ＸＣＳ、クロック信号ＳＣＬＫ、データ入力信号ＳＤＩおよびデータ出力信号ＳＤＯの４つの信号線で構成される。

【0043】

なお、物理量計測装置１の駆動には、これら４つの信号線に加えて、制御回路６用の電源配線およびグランド配線を含めた６つの信号線が必要となる。そのため、本実施形態では、外部接続端子８が６本のピン８１を有する。ただし、ピン８１の数は、特に限定されず、必要な配線数に応じて適宜設定することができる。

【0044】

このような構成では、図１７に示すように、まず、負論理のチップセレクト信号ＸＣＳがＬレベルになる。これにより、チップセレクト信号ＸＣＳの信号線が共通接続されているＸ軸角速度センサー３ｘ、Ｙ軸角速度センサー３ｙおよびＺ軸角速度センサー３ｚの全てがチップセレクトされる。データ入力信号ＳＤＩの最初の１ビットのＲ／Ｗは、リード／ライトを指示するビットである。Ｒ／Ｗ＝１の場合にはリードが指示され、Ｒ／Ｗ＝０の場合にはライトが指示される。Ｒ／Ｗの次の２ビットのＡ［１：０］は、アドレスを指定するものである。共通アドレスを指定する場合にはＡ［１：０］＝００となる。Ｘ軸角速度センサー３ｘ、Ｙ軸角速度センサー３ｙ、Ｚ軸角速度センサー３ｚの個別アドレスを指定する場合には、それぞれ、Ａ［１：０］＝０１、１０、１１となる。Ａ［１：０］の次の４ビットのＣ［４：０］は、コマンド内容およびレジスターアドレスを指示するものである。

【0045】

図１７では、Ｆ１に示すようにＲ／Ｗ＝１、つまり、リードが指示されており、マイクロコントローラー１００がリードコマンドを発行している。また、Ｆ２に示すようにＡ［１：０］＝００となっており、共通アドレスが指定されている。また、Ｆ３によってコマンド内容やレジスターアドレスが指示されている。これにより、期間Ｔ１では、Ｘ軸角速度センサー３ｘがＸ軸角速度データを出力し、次の期間Ｔ２では、Ｙ軸角速度センサー３ｙがＹ軸角速度データを出力し、次の期間Ｔ３では、Ｚ軸角速度センサー３ｚがＺ軸角速度データを出力する。このようにデジタルインターフェースバスＢＳでは、Ｘ軸角速度センサー３ｘ、Ｙ軸角速度センサー３ｙ、Ｚ軸角速度センサー３ｚからの角速度データの連続読み出しが可能になっている。これは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸角速度センサー３ｘ、３ｙ、３ｚが、自身の送信順番と、センサーの接続個数と、送信データのビット数と、を記憶することで実現される。

【0046】

以上、物理量計測装置１について説明した。このような物理量計測装置１は、前述したように、ケース７と、ケース７に収容され、物理量を計測する物理量センサー３と、ケース７に収容されている温度センサー４と、ケース７に収容されている温度制御素子５と、ケース７に収容され、温度センサー４の検出結果に基づいて温度制御素子５の駆動を制御する制御回路６と、ケース７に配置され、物理量センサー３と電気的に接続されている外部接続端子８と、を有する。このような構成によれば、温度制御素子５によってケース７内の温度を所定温度に維持することにより、物理量センサー３のゼロ点出力が安定し、物理量の検出特性が向上する。そのため、優れた検出精度を有する物理量計測装置１となる。

【0047】

また、前述したように、物理量計測装置１は、ケース７に収容され、物理量センサー３、温度センサー４、温度制御素子５および制御回路６が搭載されている基板２を有する。これにより、基板２を介して各部を電気的に接続することができる。また、物理量センサー３、温度センサー４、温度制御素子５および制御回路６をまとめてケース７内に収容することができる。そのため、物理量計測装置１の製造が容易となる。

【0048】

また、前述したように、外部接続端子８は、ケース７を貫通しケース７外に臨む導電性のピン８１を有する。これにより、簡単な構成で、外部接続端子８をケース７の内外に臨ませることができる。

【0049】

また、前述したように、基板２は、ピン８１によってケース７に支持されている。これにより、物理量計測装置１の構成が簡単なものとなる。

【0050】

また、前述したように、物理量計測装置１は、ピン８１とケース７との間に圧縮した状態で配置されている絶縁性の第１弾性部材９１を有する。これにより、ピン８１とケース７とを簡単に絶縁することができる。また、ピン８１とケース７との隙間を効果的に封止することができ、ケース７の気密性を高めることができる。

【0051】

また、前述したように、ピン８１は、基板２に挿通されている。これにより、簡単な構成で、基板２とピン８１とを電気的に接続することができる。

【0052】

また、前述したように、ピン８１と基板２との間に圧縮した状態で配置されている導電性の第２弾性部材９２を有し、第２弾性部材９２を介してピン８１と基板２とが電気的に接続されている。これにより、ピン８１と基板２とを簡単に固定することができる。

【0053】

＜第２実施形態＞
図１８は、第２実施形態に係る物理量計測装置の断面図である。図１９は、物理量計測装置の部分断面上面図である。

【0054】

本実施形態の物理量計測装置１は、ベース７１と基板２との接続方法が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、本実施形態の各図において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

【0055】

図１８に示すように、本実施形態の物理量計測装置１は、各ピン８１が上下に分割されており、その間に導電性の第３弾性部材９３が挟まれた構成となっている。つまり、各ピン８１は、基部８１１Ａと、基部８１１Ａの下端から突出する下端部８１３と、を有するベース側ピン８１Ａと、基部８１１Ｂと、基部８１１Ｂの上端から突出する上端部８１２と、を有する基板側ピン８１Ｂと、に分割されている。そして、６つのベース側ピン８１Ａで外部接続端子８が構成されている。なお、基部８１１Ａの上面および基部８１１Ｂの下面は、それぞれ、平坦面で構成されている。そして、ベース側ピン８１Ａの下端部８１３が第１弾性部材９１を介してベース７１の貫通孔７１１に圧入されており、基板側ピン８１Ｂの上端部８１２が第２弾性部材９２を介して基板２の貫通孔２１に圧入されている。

【0056】

また、ベース側ピン８１Ａと基板側ピン８１Ｂとの間には枠状の第３弾性部材９３が介在している。第３弾性部材９３を枠状とすることにより、図１９に示すように、第３弾性部材９３と制御回路６との干渉を抑制することができる。言い換えると、第３弾性部材９３の内側に制御回路６を配置するスペースを形成することができる。そのため、物理量計測装置１の低背化を図ることができる。

【0057】

第３弾性部材９３は、導電性を有しており、図１８に示すように、第３弾性部材９３を介して上下に並び合うベース側ピン８１Ａと基板側ピン８１Ｂとを電気的に接続する。第３弾性部材９３は、その厚さ方向には導電性を有するが、面内方向には十分な絶縁性を発揮するため、上下に並び合わないベース側ピン８１Ａと基板側ピン８１Ｂとについては、その導通を阻止することができる。このような第３弾性部材９３によれば、簡単な構成で、基板２と外部接続端子８とを電気的に接続することができる。

【0058】

第３弾性部材９３は、例えば、金属フィラー、ＣＢ（カーボンブラック）等の導電性粒子を含有した各種ゴム材料、各種エラストマー等で形成することができる。特に、本実施形態の第３弾性部材９３は、導電性のシリコーンゴムで形成されている。

【0059】

以上のように、本実施形態の物理量計測装置１は、ケース７と基板２との間に圧縮した状態で配置されている導電性の第３弾性部材９３を有し、第３弾性部材９３を介して基板２と外部接続端子８とが電気的に接続されている。これにより、簡単な構成で、基板２と外部接続端子８とを電気的に接続することができる。

【0060】

また、前述したように、第３弾性部材９３は、枠状である。これにより、第３弾性部材９３と制御回路６との干渉を抑制することができる。言い換えると、第３弾性部材９３の内側に部品を配置するスペースを形成することができる。そのため、物理量計測装置１の小型化、特に低背化を図ることができる。

【0061】

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

【0062】

＜第３実施形態＞
図２０は、第３実施形態に係る物理量計測装置の断面図である。

【0063】

本実施形態の物理量計測装置１は、ケース７の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、本実施形態の図において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

【0064】

図２０に示すように、本実施形態の物理量計測装置１では、ベース７１が凹状をなしており、リッド７２が板状をなしている。

【0065】

このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

【0066】

＜第４実施形態＞
図２１は、第４実施形態に係る物理量計測装置の断面図である。

【0067】

本実施形態の物理量計測装置１は、少なくとも１つのピン８１の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、本実施形態の図において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

【0068】

図２１に示すように、本実施形態の物理量計測装置１では、対応する貫通孔２１、７１１同士がＺ軸方向に重なっておらず、Ｘ－Ｙ面内方向にずれている。そして、それに対応するように、ピン８１の上端部８１２と下端部８１３とがＸ－Ｙ面内方向にずれている。これにより、貫通孔２１、７１１が重なり合わなくても、これらの間をピン８１で接続することができる。そのため、貫通孔２１、７１１の配置自由度が増し、物理量計測装置１の設計が容易となる。

【0069】

このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

【0070】

以上、本発明の物理量計測装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、本発明に任意の目的の工程が付加されていてもよい。

【符号の説明】

【0071】

１…物理量計測装置、１００…マイクロコントローラー、２…基板、２１…貫通孔、３…物理量センサー、３ｘ…Ｘ軸角速度センサー、３ｙ…Ｙ軸角速度センサー、３ｚ…Ｚ軸角速度センサー、３０…角速度センサー、３１…パッケージ、３１１…ベース、３１２…リッド、３２…回路素子、３２１…検出回路、３２２…インターフェース回路、３３…支持基板、３３１…基板、３３２…リード、３４…角速度検出素子、３４０…基部、３４１…検出振動腕、３４２…検出振動腕、３４３…支持腕、３４４…支持腕、３４５…駆動振動腕、３４６…駆動振動腕、３４７…駆動振動腕、３４８…駆動振動腕、４…温度センサー、５…温度制御素子、６…制御回路、７…ケース、７１…ベース、７１１…貫通孔、７２…リッド、７２１…押圧部、７３…シールリング、８…外部接続端子、８１…ピン、８１Ａ…ベース側ピン、８１Ｂ…基板側ピン、８１１…基部、８１１Ａ…基部、８１１Ｂ…基部、８１２…上端部、８１３…下端部、９１…第１弾性部材、９２…第２弾性部材、９３…第３弾性部材、９１１…筒部、９１２…フランジ、９２１…筒部、９２２…フランジ、Ｂ…ネジ、ＢＳ…デジタルインターフェースバス、Ｅ１…第１検出信号電極、Ｅ２…第１検出接地電極、Ｅ３…第２検出信号電極、Ｅ４…第２検出接地電極、Ｅ５…駆動信号電極、Ｅ６…駆動接地電極、Ｇ…ギャップ、Ｓ…収容空間、ＳＣＬＫ…クロック信号、ＳＤＩ…データ入力信号、ＳＤＯ…データ出力信号、Ｔ１…期間、Ｔ２…期間、Ｔ３…期間、ＸＣＳ…チップセレクト信号、ｔｗ…温度範囲、ωｃ…角速度、ωｘ…角速度、ωｙ…角速度、ωｚ…角速度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】